（八）linux驅動之ioctl的使用

這篇文章給大家講解一下ioctl的簡單使用，關于ioctl更詳細的教程后面有機會單獨寫出來

（一）什么是ioctl

ioctl是設備驅動程序中對設備的I/O通道進行管理的函數。所謂對I/O通道進行管理，就是對設備的一些特性進行控制，例如串口的傳輸波特率、馬達的轉速、網卡速率等等。它的調用方式如下：

//在應用調用
int ioctl(int fd, int cmd, …)；

其中fd是用戶程序打開設備時使用open函數返回的文件標示符，cmd是用戶程序對設備的控制命令，至于后面的省略號，那是一些補充參數，一般最多一個，這個參數的有無和cmd的意義相關。

（二）ioctl的作用

雖然在文件操作結構體"struct file_operations"中有很多對應的設備操作函數，但是有些命令是實在找不到對應的操作函數。如CD-ROM的驅動，想要一個彈出光驅的操作，這種操作并不是所有的字符設備都需要的，所以文件操作結構體也不會有對應的函數操作。出于這樣的原因，ioctl就有它的用處了————一些沒辦法歸類的函數就統一放在ioctl這個函數操作中，通過指定的命令來實現對應的操作。所以，ioctl函數里面都實現了多個的對硬件的操作，通過應用層傳入的命令來調用相應的操作。

（3）ioctl的優點

控制I/O設備，提供了一種獲得設備信息和向設備發送控制參數的手段。用于向設備發控制和配置命令 ,read/write函數處理的是數據，ioctl是控制命令
這樣用的可以分工明確：數據是數據，命令是命令

（四）ioctl相關接口介紹

（1）系統層

   #include <sys/ioctl.h>int ioctl(int fd, unsigned long request, ...);int fd：設備對應的打開的文件描述符
unsigned long request：請求碼
若有第三個參數，必須為無類型指針

請求碼cmd是 unsigned int 是 32 位。下圖給出了每位的含義

系統中給定了一些請求碼，下面列出一小部分

    // <include/asm-i386/socket.h>地址          宏名稱       采用對應宏名字的時候所傳遞的第三個參數值0x00008901   FIOSETOWN    const int *0x00008902   SIOCSPGRP    const int *0x00008903   FIOGETOWN    int *0x00008904   SIOCGPGRP    int *0x00008905   SIOCATMAR    int *0x00008906   SIOCGSTAMP   timeval *

除了系統給定的，內核中也提供了創建請求碼的宏：

/* used to create numbers */
#define _IO(type,nr)		_IOC(_IOC_NONE,(type),(nr),0)
#define _IOR(type,nr,size)	_IOC(_IOC_READ,(type),(nr),(_IOC_TYPECHECK(size)))
#define _IOW(type,nr,size)	_IOC(_IOC_WRITE,(type),(nr),(_IOC_TYPECHECK(size)))
#define _IOWR(type,nr,size)	_IOC(_IOC_READ|_IOC_WRITE,(type),(nr),(_IOC_TYPECHECK(size)))
type: cmd 中魔數,用來代表一個驅動 8~15位。
nr  : cmd 中的序列號，0-7位
size: cmd 中的數據尺寸，16-29位

內核中提供了相應的解碼請求碼的宏：

/* used to decode ioctl numbers.. */
獲取請求碼是從內核獲取數據或者寫入數據到內核-----判定讀寫功能
#define _IOC_DIR(nr)	(((nr) >> _IOC_DIRSHIFT) & _IOC_DIRMASK)獲取請求碼對應的操作設備類型
#define _IOC_TYPE(nr)	(((nr) >> _IOC_TYPESHIFT) & _IOC_TYPEMASK)
獲取具體的請求碼的功能值（傳遞的是1還是0，或者其他數據）
#define _IOC_NR(nr)		(((nr) >> _IOC_NRSHIFT) & _IOC_NRMASK)
獲取請求碼的代銷
#define _IOC_SIZE(nr)	(((nr) >> _IOC_SIZESHIFT) & _IOC_SIZEMASK)

注意：
unlocked_ioctl 用來替換 ioctl 接口的，在 Linux 3.0 以后 ioctl 已經在內核中消失。其對應系統調用接口不變。

（五）實例代碼

cdev.c

#include <linux/kernel.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/cdev.h>
#include <linux/device.h>
#include <linux/slab.h>
#include <linux/uaccess.h>
#include <linux/io.h>int i=0;
dev_t dev=0;
char stat[4]={-1,-1,-1,-1};
#define CDEVCOUNT 5
#define CDEVNAME "cdevdevice"
#define CDEVCLASS "myclass"
#define INODENAME "mycdev"
#define ADDRSIZE 8
unsigned int phy_dadr=0x110002E0;//映射的起始地址，為GPM4CON的偏移地址
unsigned  int *virt_addr=NULL; //用來接收映射后首地址
struct cdev * cdev=NULL;
struct class * cdevclass=NULL;
#define GPM4CON  (*(volatile unsigned int *)virt_addr)
#define GPM4DAT  (*(volatile unsigned int *)(virt_addr+1))int cdev_open (struct inode *node, struct file *file)
{//先將配置寄存器清空GPM4CON &=~(0XFFFF<<0);//設置每個引腳為輸出狀態GPM4CON |=(0X1111<<0);//給指定的數據寄存器初始化GPM4DAT |=(0XF<<0);return 0;
}
ssize_t cdev_read (struct file *fp, char __user *buf, size_t size, loff_t *offset)
{int i=0,ret=0;if(size<=0 || *offset>4 )return -EINVAL;if(size>4-*offset)size=4-*offset;for(i=*offset;i<*offset+size;i++){if(GPM4DAT&(1<<i)){stat[i]='0';}else if(!(GPM4DAT&(1<<i))){stat[i]='1';}}ret=copy_to_user(&buf[*offset],&stat[*offset],size);printk("%s\n",stat);printk("cdev_read is install\n");return 0;
}
ssize_t cdev_write (struct file *fp, const char __user * buf, size_t size, loff_t *offset)
{int i=0;long ret=0;char str[4]={-1,-1,-1,-1};if(size<=0 || *offset>4 )return -EINVAL;if(size>4-*offset)size=4-*offset;ret=copy_from_user(&str[*offset],&buf[*offset],size);if(ret<0){return -1;}for(i=*offset;i<*offset+size;i++){if(str[i]=='0')GPM4DAT |=(1<<i);else if(str[i]=='1')GPM4DAT &=~(1<<i);}printk("cdev_write is install\n");return 0;
}
loff_t cdev_llseek (struct file *fp, loff_t off, int whence)
{//獲取偏移量的操作需要whence和off結合loff_t newoff=0;switch(whence){case SEEK_SET:newoff=off;break;case SEEK_CUR:newoff=fp->f_pos+off;break;case SEEK_END:newoff=off+4;break;default: break;}//上述操作newoff 的值可能為負數，也可能為大于4的數，大于4和小于0沒有意義if(newoff<0){newoff=0;}if(newoff>4){newoff=4;}fp->f_pos=newoff;return fp->f_pos;
}
long cdev_ioctl (struct file *fp, unsigned int cmd,  unsigned long tmp)
{int  i=0,ret=0;if(_IOC_TYPE(cmd)!='D')return -EINVAL;//提取cmd中定義的讀寫方向if(_IOC_DIR(cmd)==_IOC_WRITE){if(_IOC_NR(cmd)==1){GPM4DAT &=~(1<<tmp);}if(_IOC_NR(cmd)==0){GPM4DAT |= (1<<tmp);}}else if(_IOC_DIR(cmd)==_IOC_READ){for(i=0;i<4;i++){if(GPM4DAT&(1<<i)){stat[i]='0';}else if(!(GPM4DAT&(1<<i))){stat[i]='1';}}if((ret=copy_to_user((unsigned long *)tmp, stat, 4))<0)return -EFAULT;}return 0;
}int cdev_release (struct inode *node, struct file *fp)
{printk("cdev_release is install\n");return 0;
}
struct file_operations fop={.open=cdev_open,//.read=cdev_read,//.write=cdev_write,.release=cdev_release,//.llseek=cdev_llseek,.unlocked_ioctl=cdev_ioctl,
};
static int __init cdev_module_init(void)
{int ret=alloc_chrdev_region(&dev, 0, CDEVCOUNT, CDEVNAME);if(ret){return -1;}cdev=cdev_alloc();if (!cdev)goto out;cdev_init(cdev, &fop);if(cdev_add(cdev, dev, CDEVCOUNT)){goto out1;}printk("cdev_add success\n");cdevclass=class_create(THIS_MODULE,CDEVCLASS);if (IS_ERR(cdevclass)){goto out2;}printk("class_create success\n");for(i=0;i<5;i++)device_create(cdevclass,NULL, dev+i, NULL, "mycdev%d",i );virt_addr=ioremap(phy_dadr,ADDRSIZE);printk("device_create success\n");return 0;
out:unregister_chrdev_region(dev,CDEVCOUNT);return -2;
out1:unregister_chrdev_region(dev,CDEVCOUNT);kfree(cdev);
out2:cdev_del(cdev);unregister_chrdev_region(dev,CDEVCOUNT);kfree(cdev);return PTR_ERR(cdevclass);
}
static void __exit cdev_module_cleanup(void)
{iounmap(virt_addr);for(--i;i>=0;i--)device_destroy(cdevclass,dev+i);printk("device_destroy success\n");class_destroy(cdevclass);cdev_del(cdev);unregister_chrdev_region(dev,CDEVCOUNT);kfree(cdev);printk("kfree success\n");
}
module_init(cdev_module_init);
module_exit(cdev_module_cleanup);
MODULE_LICENSE("GPL");

cdev_app.c

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <sys/ioctl.h>
#include "cmd.h"
void display(int fd)
{char buf[4]={0};int i=0;//read(fd,buf,4);ioctl(fd,LED_R,buf);printf("%s\n",buf);for(i=0;i<4;i++){printf("led%d is %s\n",i,(buf[i]-'0')?"on":"off");}
}
int main(int argc, char const* argv[])
{int i=0;int fd=open(argv[1],O_RDWR);if(fd==-1){perror("open");return -1;}for(i=0;i<4;i++){ioctl(fd,LED_ON,i);sleep(1);display(fd);ioctl(fd,LED_OFF,i);sleep(1);}printf("%s\n",stat);close(fd);return 0;
}

cmd.h

#ifndef __CMD_H_
#define __CMD_H_#define  LED_OFF _IOW('D',0,sizeof(int))
#define  LED_ON _IOW('D',1,sizeof(int))
#define  LED_R  _IOR('D',2,sizeof(int))
#endif

Makefile

CFLAG=-C
TARGET=cdev
APP=cdev_app
KERNEL=/driver/linux-3.5
obj-m +=$(TARGET).o
all:make $(CFLAG) $(KERNEL) M=$(PWD)arm-linux-gcc -o $(APP) $(APP).c
clean:make $(CFLAG) $(KERNEL) M=$(PWD) cleanrm $(APP)

1.首先使用_IOW或_IOR宏來合成32位的請求碼，這個請求碼可以單獨定義在一個頭文件里
2.在字符驅動模型的file_operation結構體里.unlocked_ioctl指向的函數中編寫與ioctl相關的控制函數
（1）判斷設備類型 _IOC_TYPE（nr）
（2）判斷讀寫方向 _IOC_DIR(nr)
如果是讀的話將數據拷貝到用戶空間
3.在應用程序中調用ioctr(fd,請求碼，參數）來控制設備
這里的請求碼可以是我們第一步合成的

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